《電工技術(shù)之變壓器》

變壓器3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗3.3

變壓器繞組的極性3.4

特殊變壓器.變壓器：利用電磁感應(yīng)原理，將一定數(shù)值的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率的另一數(shù)值的交流電，即一種變換交流電壓、交流電流的電氣設(shè)備。在電力系統(tǒng)和電子線路中應(yīng)用非常廣泛。

交流輸電方面：先將電廠發(fā)出的正弦交流電的電壓利用電力變壓器升高到110kV、220kV、500kV或1000kV等電網(wǎng)電壓等級(jí)，再經(jīng)過高壓輸電線路送到電力負(fù)荷地區(qū)。

.用電方面：為了滿足用電設(shè)備的電壓要求和保障電氣設(shè)備、人員的平安，必須利用電力變壓器將交流高壓輸電線路上的電壓逐級(jí)降低到380V/220V供用戶使用。電子線路：大量使用各種規(guī)格的變壓器來實(shí)現(xiàn)電壓變換、耦合電路、傳遞信號(hào)、阻抗匹配等。此外，還有常用的自耦變壓器、儀用變壓器、互感器和各種專用變壓器〔用于電焊、電爐、整流裝置等〕。.電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能并保證用電平安。具體如下：

發(fā)電廠10.5kV輸電線220kV升壓儀器36V降壓…實(shí)驗(yàn)室380/220V降壓變電站

10kV降壓降壓.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器的根本結(jié)構(gòu)：主要是鐵芯和繞組等構(gòu)成。.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器實(shí)物圖：電力變壓器.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器實(shí)物圖：電子電路中的變壓器〔1〕.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器實(shí)物圖：電子電路中的變壓器〔2〕.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造常見的變壓器結(jié)構(gòu)型式有心式和殼式兩種。特點(diǎn)：繞組包圍鐵芯，多用于大容量變壓器，電力變壓器一般采用心式。

心式變壓器殼式變壓器特點(diǎn)：鐵芯包圍繞組，多用于小容量變壓器中。.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造鐵芯是變壓器的磁路局部。通常鐵芯由厚度為0.30~0.35mm、外表涂有絕緣漆的硅鋼片疊成。繞有繞組的鐵芯局部稱為鐵芯柱，其余用以閉合磁路的鐵芯局部，稱為磁軛〔或鐵軛〕。.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造繞組是變壓器的電路局部。一般用絕緣材料漆包的絕緣扁銅〔鋁〕線或絕緣圓銅〔鋁〕線繞制而成。輸入電能端繞組稱為一次繞組，簡(jiǎn)稱一次側(cè)，或稱原邊繞組、原邊；輸出電能端繞組稱為二次繞組，簡(jiǎn)稱二次側(cè)，或稱副邊繞組、副邊。電壓較高的繞組稱為高壓繞組，電壓較低的繞組稱為低壓繞組。

較大容量變壓器還具有冷卻裝置和保護(hù)裝置等。

.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器的磁路繞組：一次繞組二次繞組單相變壓器+–+–由高導(dǎo)磁硅鋼片疊成厚0.35mm或0.5mm鐵心變壓器的電路一次繞組N1二次繞組N2鐵心.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器的分類：按變壓器用途分類特種變壓器：整流變壓器、電爐變壓器等。儀用互感器：電壓互感器、電流互感器等。自耦變壓器〔調(diào)壓器〕試驗(yàn)用高壓變壓器電力變壓器：升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器等。.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器的分類：按變壓器繞組數(shù)目分類雙繞組變壓器〔電力變壓器多數(shù)是雙繞組〕三繞組變壓器〔如電力系統(tǒng)中聯(lián)絡(luò)變壓器〕多繞組變壓器〔常見于電子電路或多路供電中〕單繞組變壓器〔如自耦變壓器〕按變壓器結(jié)構(gòu)型式分類殼式變壓器心式變壓器.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能一、變壓器的根本構(gòu)造變壓器的分類：按變壓器相數(shù)分類三相變壓器多相變壓器〔如六相、十二相等〕單相變壓器按變壓器冷卻方式和冷卻介質(zhì)分類油浸式變壓器〔用油冷卻〕干式變壓器〔用空氣冷卻〕.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理變壓器原理圖.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理1、變壓器空載運(yùn)行原邊接交流電源，副邊開路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

1空載時(shí)，鐵心中主磁通

是由一次繞組磁通勢(shì)產(chǎn)生的。.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理1、變壓器空載運(yùn)行原邊，KVL：∴相量形式：設(shè)：，原邊主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1有效值為原邊電壓u1有效值為

.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理1、變壓器空載運(yùn)行副邊開路電壓：相量形式：設(shè)：，副邊主磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2為e2有效值為：

副邊開路電壓u20的有效值為：.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理1、變壓器空載運(yùn)行原邊、副邊的電壓之比：變壓器的變壓比，簡(jiǎn)稱變比.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理2、變壓器負(fù)載運(yùn)行一次側(cè)接交流電源，二次側(cè)接負(fù)載。+–+–+–

1

1i1(i1N1)i1i2(i2N2)

2有載時(shí)，主磁通

是由一次、二次繞組磁通勢(shì)共同產(chǎn)生的合成磁通。

2i2+–e2+–e2+–u2

Z.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理2、變壓器負(fù)載運(yùn)行原邊，KVL：∴相量形式：原邊電壓u1有效值為：

副邊，KVL：∴相量形式：副邊電壓u2有效值為：

.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理2、變壓器負(fù)載運(yùn)行原邊、副邊電壓之比：不管是空載運(yùn)行還是負(fù)載運(yùn)行，均有關(guān)系式說明：當(dāng)U1和f不變時(shí)，鐵芯中的主磁通最大值Φm近似常數(shù)，即在變壓器空載和負(fù)載時(shí)近似一樣。

原、副邊電壓根本關(guān)系.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理2、變壓器負(fù)載運(yùn)行因此：相量形式：變壓器的磁通勢(shì)平衡方程

勵(lì)磁電流分量負(fù)載電流分量.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能二、變壓器的工作原理2、變壓器負(fù)載運(yùn)行鐵芯磁導(dǎo)率很高，勵(lì)磁電流分量很小，一般情況下，I0約為原邊額定電流的(5~10)%，因此或有效值形式為原、副邊電流根本關(guān)系.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能三、變壓器的功能1、電壓變換電源電壓U1不變時(shí)，改變?cè)?、副邊匝?shù)之比，即改變K，可改變副邊的輸出電壓U2。2、電流變換U1、N1、N2不變時(shí)，假設(shè)負(fù)載變化，副邊電流I2、原邊電流I1發(fā)生變化，但它們的比值不變。.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能3、阻抗變換由圖可知：結(jié)論：變壓器一次側(cè)的等效阻抗模，為二次側(cè)所帶負(fù)載的阻抗模的K2倍。+–+–+–.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能(1)

變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為：信號(hào)源R0RL+–R0+–+–解:例:如圖，交流信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)E=120V，內(nèi)阻R0=800

，負(fù)載為揚(yáng)聲器，其等效電阻為RL=8

。要求:(1)當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出的功率；(2)當(dāng)將負(fù)載直接與信號(hào)源聯(lián)接時(shí),信號(hào)源輸出多大功率？.信號(hào)源的輸出功率：電子線路中，常利用阻抗匹配實(shí)現(xiàn)最大輸出功率。結(jié)論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。原因：滿足了最大功率輸出的條件：〔2〕將負(fù)載直接接到信號(hào)源上時(shí)，輸出功率為：.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能四、三相變壓器三相變壓器可以用三個(gè)單相變壓器以一定的聯(lián)接方式組成，這種三相變壓器稱為三相變壓器組。

大容量巨型變壓器以及運(yùn)輸條件受限制地方，為便于運(yùn)輸及減少備用容量，采用三相變壓器組。.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能四、三相變壓器常用三相心式變壓器，對(duì)稱三相繞組分別繞在一個(gè)鐵芯柱上。具有消耗材料少、效率高、占地面積小、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能四、三相變壓器三相心式變壓器實(shí)物圖：

.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能四、三相變壓器三相變壓器繞組聯(lián)結(jié)方式：三相變壓器的一次繞組或二次繞組，均可采用：

Δ聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)或.3.1

變壓器的構(gòu)造、工作原理、功能四、三相變壓器三相變壓器聯(lián)結(jié)方式：

Y/Y、Y/Y0、Y/Δ、Y0/Δ、Y0/Y、Δ/Y、Δ/Y0等。高壓繞組接法低壓繞組接法三相配電變壓器動(dòng)力供電系統(tǒng)高壓、超高壓供電系統(tǒng)常用接法:高壓側(cè)Y，，可降低每相繞組絕緣要求；低壓側(cè)Δ，，可減小每相繞組導(dǎo)線截面；.〔1〕三相變壓器Y/Y0聯(lián)結(jié)線電壓之比：.〔2〕三相變壓器Y/聯(lián)結(jié)線電壓之比：.3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗一、額定值變壓器的銘牌：

變壓器的銘牌：附貼在變壓器的外殼上、標(biāo)明變壓器主要指標(biāo)參數(shù)〔額定值〕的牌子。.3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗一、額定值1、變壓器的型號(hào)SJL1000/10

變壓器額定容量(KVA)

鋁線圈

冷卻方式J:油浸自冷式F:風(fēng)冷式相數(shù)S:三相D:單相

高壓繞組的額定電壓(KV)

.3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗一、額定值2、額定電壓U1N、U2N變壓器二次側(cè)開路〔空載〕時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電壓值。單相：U1N，一次側(cè)電壓

U2N，二次側(cè)空載時(shí)的電壓三相：U1N、U2N，一次、二次側(cè)的線電壓3、額定電流I1N、I2N變壓器滿載運(yùn)行時(shí)，一次、二次側(cè)繞組允許的電流值。單相：一次、二次側(cè)繞組允許的電流值三相：一次、二次側(cè)的線電流.3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗4、額定容量SN在額定工作條件下變壓器的視在功率。

單相：三相：容量SN

輸出功率P2

一次側(cè)輸入功率P1

輸出功率P2注意：變壓器幾個(gè)功率的關(guān)系〔單相〕效率容量：一次側(cè)輸入功率：輸出功率：變壓器運(yùn)行時(shí)的功率取決于負(fù)載的性質(zhì).3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗5、額定頻率fN指變壓器應(yīng)接入的電源頻率。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定工作頻率為50Hz。6、變壓器的變比K變壓器的變比用原、副邊額定電壓之比的形式標(biāo)明在銘牌上。

例如：6000/400V，說明原邊額定電壓U1N=6000V，副邊額定電壓U2N=400V。由于變壓器有內(nèi)阻抗壓降，所以副邊的空載電壓一般應(yīng)較滿載時(shí)的電壓高5%~10%。

.3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗二、變壓器的外特性變壓器外特性：當(dāng)一次側(cè)電壓U1和負(fù)載功率因數(shù)cos

2保持不變時(shí)，二次側(cè)輸出電壓U2和輸出電流I2的關(guān)系，U2=f(I2)。cos

2=0.8(感性）U2I2U20I2Ncos

2=1O

U20：一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)開路時(shí)，二次側(cè)的輸出電壓。.3.2

變壓器的額定值、外特性、效率及損耗二、變壓器的外特性一般供電系統(tǒng)希望隨I2的變化，U2

變化不大。變壓器從空載到額定負(fù)載，二次繞組電壓的變化程度用電壓變化率ΔU

表示：一般變壓器ΔU約為5%左右，容量大的電力變壓器ΔU約為2%~3%。

.例2:有一機(jī)床照明變壓器,50VA,U1=380V,U2=36V，其繞組已燒毀，要拆去重繞。今測(cè)得其鐵心截面積為22mm41mm〔如圖〕。鐵心材料是0.35mm厚的硅鋼片。試計(jì)算一次、二次繞組匝數(shù)及導(dǎo)線線徑。22mm厚41mm解:鐵心的有效截面積為式中0.9為鐵心疊片間隙系數(shù)。對(duì)0.35mm的硅鋼片，可取Bm=1.1T一次繞組匝數(shù)為一般取0.9~0.93.二次繞組匝數(shù)為〔設(shè)U20=1.05U2〕二次繞組電流為一次繞組電流為導(dǎo)線直徑計(jì)算公式式中，J是電流密度，一般取J

＝2.5A/mm2。.二次繞組線徑為一次繞組線徑為.三、變壓器的損耗及效率為減少渦流損耗，鐵心一般由導(dǎo)磁鋼片疊成。

變壓器的損耗包括兩局部：銅損(

PCu)：繞組導(dǎo)線電阻的損耗。渦流損耗：交變磁通在鐵心中產(chǎn)生的感

應(yīng)電流(渦流)造成的損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵心發(fā)熱，造

成的損耗。

鐵損(

PFe)：變壓器的效率為一般

95%,負(fù)載為額定負(fù)載的(50~75)%時(shí)，

最大。輸出功率輸入功率.例:

有一帶電阻負(fù)載的三相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下：SN=100kVA,U1N=6000V,f=50Hz。

U2N=U20=400V,繞組連接成／０。由試驗(yàn)測(cè)得:

PFe

=600W，額定負(fù)載時(shí)的

PCu

=2400W。試求(1)變壓器的額定電流；

(2)滿載和半載時(shí)的效率。解:(1)額定電流

.(２)滿載和半載時(shí)的效率.3.3

變壓器的繞組的極性1、同極性端〔同名端〕當(dāng)電流流入(或流出〕兩個(gè)線圈時(shí)，假設(shè)產(chǎn)生的磁通方向相同，那么兩個(gè)流入(或流出〕端稱為同極性端。??AXax?AXax或者說，當(dāng)鐵心中磁通變化時(shí)，在兩線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相同的兩端為同極性端。同極性端用“?〞表示。增加+–+++–––同極性端和繞組的繞向有關(guān)。?.聯(lián)接

2－3變壓器一次側(cè)有兩個(gè)額定電壓為110V的繞組：2.線圈的接法??1324??1324

聯(lián)接

1－3，2－4當(dāng)電源電壓為220V時(shí)：+–+–電源電壓為110V時(shí)：.問題1：在110V情況下，如果只用一個(gè)繞組〔N〕，行不行？答：不行〔兩繞組必須并接〕一次側(cè)有兩個(gè)相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應(yīng)注意的問題：??1324若兩種接法鐵心中的磁通相等，則：+–.問題2：如果兩繞組的極性端接錯(cuò)，結(jié)果如何？結(jié)論：在同極性端不明確時(shí)，一定要先測(cè)定同極性端再通電。答：有可能燒毀變壓器兩個(gè)線圈中的磁通抵消原因：電流很大燒毀變壓器感應(yīng)電勢(shì)??1324

’+–.方法一：交流法把兩個(gè)線圈的任意兩端(X-x)連接,然后在AX上加一低電壓uAX

。測(cè)量：若說明A與x

或X與a

是同極性端.若

說明A與a或X與x

為同極性端。

結(jié)論：VaAXxV3.同極性端的測(cè)定方法+–.方法二：直流法設(shè)S閉合時(shí)

增加。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，阻止

的增加。如果當(dāng)S閉合時(shí)，電流表正偏，那么A-a為同極性端;結(jié)論：Xx電流表+_Aa+